Automated celestial navigation systems based on modern star trackers could serve to augment GPS during normal operations, while also providing an effective navigation alternative in situation where GPS is denied or unavailable. In spite of importance, however, the aided stellar-inertial system has been hardly studied in domestic field. It is continuously required to examine the feasibility of stellar-inertial navigation system. So, this paper discusses the feasibility of strapdown stellar inertial systems as autonomous navigators for spacecraft. Even though proposed stellar-inertial navigation system is used in a spacecraft, it can be expand its application for manned aircraft, ships, and missiles.
This study develops an algorithm for the autonomous identification of stars from imaginary image. This algorithm uses a triangle-identification technique, coupled with a optimized parallel search to give an rapid identification of many stars from large catalog with minimal processing and storage requirements. After identifying stars, useful navigation information is extracted from star observations by using vector observation and celestial fix technique.
Research for fusing inertial sensor develops a 6-state attitude estimation filter, estimating quaternion as well as gyro biases. And then the smoothing of the measurement are proposed for an unreasonable jump of star tracker. The smoothing algorithm for the rejection of star tracker error jumps is designed by scalar adaptive filter and fuzzy adaptive filter. The validation of proposed algorithms is tested by simulating a spacecraft model.
From each simulation results, the system generates position and estimates of quaternion orientation information, without a priori attitude data. Therefore, these techniques provide the basis for strapdown stellar-inertial navigation systems with high precision, reliability, and autonomy.
본 논문에서는 최근에 GPS 대안으로 각광을 받고 있는 별센서를 사용하여 strapdown 항법 시스템에 어떻게 구현을 할건지 연구를 하였다. 제안된 항법 시스템은 인공위성을 모델로 시뮬레이션을 했지만 앞으로 군사적인 부분에서 GPS 대안으로 다양하게 적용 될 수 있다. 이러한 시스템을 구현하기 위해서 별센서를 사용한 별인식 과정을 자세히 다루었고 그에 대한 시뮬레이션 결과를 보여주었으며 별인식 과정 후에는 인식된 별에 대한 정보를 사용하여 항법(자세와 위치)정보를 얻는 방법을 설명하고 그에 대한 결과를 제시하였다. 마지막으로 관성센서와의 결합을 고려하기 위해서 자이로와 별센서 시스템을 구현하였고 또한 잘못된 별인식 결과나 jittering등 별센서의 측정값의 에러 점프를 제거하기 위해서 적응 필터를 사용하여 효율적으로 제거하는 방법을 제안하였다. 결과적으로 본 눈문에서는 별센서를 이용하여 다른 센서의 도움이 없이 항법 정보를 얻을 수 있음을 보였으며 이는 군사적으로 정확성과 GPS가 가질수 없는 안전성을 가졌으므로 상당히 실용적인 가치를 가진다고 볼
수 있을 것이다.
